Question

【题目】甲醇是一种重要化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。

(1)已知：CH3OH(g) ===HCHO(g)+H2(g)　ΔH=+84 kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g) ===2H2O(g)　 ΔH=-484 kJ·mol-1

工业上常以甲醇为原料制取甲醛，请写出CH3OH(g)与O2(g)反应生成HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式：__________________________。

(2)工业上可用如下方法合成甲醇，化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，已知某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	O—H
键能/ kJ·mol-1	348	413	436	358	x	463

请回答下列问题：

①该反应的ΔS____(填“>”或“<”)0。右图中曲线a到曲线b的措施是_____________________________。

②已知CO中的C与O之间为三键，其键能为x kJ·mol-1，则x=____。

(3)由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。

①该电池负极的电极反应式为__________________。

②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200 mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu2+	H+	Cl	SO42 －
c/mol·L-1	0.5	2	2	0.5

电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件下)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为____。

(4)电解水蒸气和CO2产生合成气(H2+CO)。较高温度下(700~1 000 ℃)，在SOEC两侧电极上施加一定的直流电压，H2O和CO2在氢电极发生还原反应产生O2，O2穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极发生氧化反应得到纯O2。由上图可知A为直流电源的____(填“正极”或“负极”)，请写出以H2O为原料生成H2的电极反应式：_______。

Answer 1

【答案】 2CH3OH(g)+O2(g)2HCHO(g)+2H2O(g)ΔH=-316 kJ·mol-1 < 加入催化剂 1097 CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O 3.2 g 负极 H2O+2e-H2↑+O2-

【解析】(1)①已知：①CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g)△H=+84kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484kJ/mol，将2×①+②得到CH3OH(g)与O2(g)反应生成HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式为2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)△H=-316 kJmol-1，故答案为：2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)△H=-316 kJmol-1；

(2)①该反应的△S＜0；曲线a到曲线b，活化能降低，应为加入催化剂，故答案为：＜；加入催化剂；

②CO(g)+2H2(g)CH3OH (g)的焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，设CO中碳氧键的键能为X，结合图表提供的化学键的键能，则△H═X+2×436KJ/mol-(3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol)=(419-510)kJmol-1=-91kJmol-1，解得：X=1097KJ/mol，故答案为：1097；

(3)①燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是氢氧化钠溶液，根据原电池原理，负极电极反应是CH3OH失去电子生成碳酸根离子-：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

②阴极上显示铜离子得电子，Cu2++2e-=Cu，200mL0.5mol/L的铜离子得电子物质的量是0.2mol，然后是2H++2e-=H2↑，在阳极上是0.4mol氯离子失电子的反应，产生氯气0.2mol，2Cl--2e-=Cl2↑，转移电子是0.4mol，然后是氢氧根离子失电子产生氧气，4OH--4e-=O2↑+2H2O，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时，假设产生氧气的物质的量是x，在阳极上产生气体是(0.2+x)mol，根据电子守恒，得到0.4+4x=0.2+2(0.2+x)，解得x=0.1mol，即阳极上收集到氧气的质量为3.2 g，故答案为：3.2 g；

(4)由图示可知A极水、二氧化碳生成氢气、CO，应发生还原反应，为阴极反应，则A为电源的负极，生成氢气的反应为H2O+2e-=H2↑+O2-，故答案为：负极；H2O+2e-=H2↑+O2-。